基于非线性观测器的表贴式永磁同步电机 无位置传感器控制

基于非线性观测器的表贴式永磁同步电机
无位置传感器控制
基于非线性观测器的表贴式永磁同步电机
无位置传感器控制
摘要：非线性观测器观测通过sinθ、cosθ的估计值得到位置估计量。与龙格波观测器相比较，它不需要速度信息，从而消除了与速度估计误差相关的复杂性，并且，它简单易实现。在本研究中，实验验证了非线性观测器的性能。采用PI跟踪控制机速度估计器，从位置信息中获取速度估计，结果表明，速度大于10r/min时，空载和带载性能都良好。
Ⅰ、引言
PMSM的FOC控制需要位置信息。在一些应用中，安装位置传感器很麻烦，例如，在一些真空泵中，由于密封性问题，不可能将电机轴伸出电机壳外。在起重机和电梯应用中，电机和逆变器之间的距离很大，传感器信号衰减和噪声干扰很高。在一些家用设备，如冰箱和空调，成本限制阻碍了传感器的使用。上述问题推动了永磁同步单机无位置传感器的发展，并涌现出了很多著作。
PMSM无传感器技术大致分为三种类型：反电动势（EMF）、电感和磁链[2]。文献[3]开创了PMSM无传感器控制领域，采用基于电流误差的位置好速度更新算法，这源于坐标失调。当转子具有显著性，文献[4]介绍了一种基于EMF的估计器的扰动观测器；【5】提出了一种采用高频电流注入和外差滤波技术的领速度无传感器控制。文献【6】将信号注入技术与基于反电势的位置估计方法相结合；文献【8】研究了测量误差和逆变器不规则性对无传感器控制性能的影响。文献【7】使用自适应滑模观测器；文献【11】应用卡尔曼滤波，并提出了噪声协方差矩阵的选择准则；文献【24】比较了两种信号注入方法对零转速位子的检测。
人们普遍认为，基于反电动势的方法在高速应用中表现良好，然而，在低速或者零速时表现不佳。此外，他们对固有的电机转矩脉动和噪声敏感。然而，采用高频信号注入方法，满载零速运行是可行的。文献【20】采用非线性观测器和非线性坐标变换对表面安装永磁同步电机和负荷动力学进行了研究，然而，他们的状态包含速度变量，并且变换的方程复杂。文献【21】利用d轴电流与q轴电流成比例，减小了定子电阻变换的影响，在起动时表现出稳定的性能，还有速度反转时。最近，Ortega等人在文献【17】中建立了SPMSM非线性观测器的一些理论性质，对我们的发展的工具是使用一种新的状态变量表示的电机动力学，该观测器采用磁通连杆机构作为新的状态变量，消除了速度依赖性。【17】观测器的主要兴趣是它的简单性，这使得它成为了实际应用中的合适人选。本文构造了一种具有非线性观测器的无传感器控制器，并证明了它的实用价值。
Ⅱ、用于SPMSM的非线性位置观测器
图表1显示了PMSM正弦驱动原理，d-q轴表示同步参考坐标系，α–β轴表示定子参考坐标系。d-q轴是α–β经过θr角度旋转得到的。